光纖光柵有源傳感技術的研究.pdf

1、隨著光纖光柵技術的不斷完善發(fā)展,光纖光柵傳感技術越來越多的受到人們的重視。以光纖Bragg光柵作為傳感元件的各種傳感器以及傳感系統(tǒng)已經被實際應用于重大工程的健康監(jiān)測中。隨著傳感系統(tǒng)要求的不斷提高,單個傳感器已遠不能滿足要求。網絡化已成為傳感器技術發(fā)展的必然趨勢。 光纖光柵有源傳感技術是在無源傳感技術的基礎上發(fā)展起來的,利用光纖激光器代替光纖光柵作為傳感元件,構成有源傳感系統(tǒng)進行實驗研究。其顯著特點是提高了傳感波長的信噪比和光功率

2、,使之與一般的寬帶光源相比,傳感信號的強度信噪比有了極大的提高,因而具有波長易于檢測的優(yōu)點。本論文是在國家“八六三計劃一項目(No. 2006AA01Z217)、國家自然科學基金重點項目(No.60736039)的支持下完成的。主要內容包括： 1.對基于光纖光柵的無源和有源傳感技術的傳感機理和發(fā)展現狀等進行了系統(tǒng)的介紹。并著重闡述了單縱模分布布拉格反射(DBR)光纖激光器的基于拍頻檢測的有源傳感技術,對其傳感特性進行了分析。這種

3、有源傳感器不僅具有傳統(tǒng)光纖有源傳感器的高信噪比、高功率、易檢測等特性,作為拍頻調制型傳感器還具有工作帶寬寬、信號解調更加簡單、比波長調制型聲學傳感器靈敏度高等獨特優(yōu)點。 2.我們對拍頻調制型傳感器也就是單縱模DBR光纖激光器的輸出特性進行了研究。在光纖光柵的基本分析方法和基于光纖光柵的光纖激光器的基本理論基礎上,通過理論模擬分析了基于光纖Bragg光柵(FBG)的F-P線形腔的輸出特性,并討論了腔鏡反射率和諧振腔的長度對縱模線寬

4、和縱模間隔的影響。實驗上設計制作了DBR光纖激光器,實驗結果很好的驗證了輸出特性理論。 3.研制了工程化光纖光柵一維溫度、應變以及輪輻式壓力傳感器,并取得了很好的研究結果。采用圓柱體結構研制了光纖光柵三維應變傳感器,對其三維傳感特性在理論上進行了分析,并采用有機玻璃和鈦鋼材料的圓柱體結構進行了三維傳感的實驗研究。在研制多維多參量傳感器的基礎上,與無線傳感網絡技術相結合,對基于光纖光柵傳感的、可對多維環(huán)境進行多參量監(jiān)測并具有管理及

5、決策功能的無線傳感網絡系統(tǒng)進行了初步探討。 4.設計并研制了基于單縱模DBR光纖激光器的傳感器,通過研究側壓力和彎曲對單模光纖雙折射特性的影響,對傳感器基于拍頻檢測的傳感原理進行了分析。利用單縱模DBR光纖激光器做傳感元件,成功研制了基于拍頻檢測的壓力和純彎曲的單參量有源傳感器。由于激光器的波長和正交偏振的拍頻在溫度變化時都會有所變化,我們通過檢測波長和拍頻的變化來測量溫度的變化,實現了雙參量解調的傳感技術。通過理論分析和溫度傳感實驗驗